Vilket är det mest metalliska elementet?

I det periodiska systemet ökar metallkaraktären från höger till vänster över en period, och från topp till botten över en grupp. Av denna anledning är det mest metalliska grundämnet i det periodiska systemet Francium.

Däremot är francium ett grundämne som har en instabil kärna och därför snabbt sönderfaller för att bilda andra mindre kärnor. Detta gör det mycket svårt att hitta francium naturligt. Faktum är att det är en av de minst förekommande metallerna i jordskorpan, som finns naturligt bara i malmer av andra radioaktiva grundämnen som uran, där franciumkärnor ständigt bildas, och fyller på vilken mängd som helst som avtar med tiden.

Cesium vill ha titeln

Det faktum att francium är så instabilt, och att det vanligtvis syntetiseras artificiellt endast i partikelacceleratorer, får många att betrakta francium som ett syntetiskt grundämne och därför inte betrakta det som en kandidat för det mest stabila grundämnet metall. För dem som tänker så är cesium, som sitter strax ovanför francium i det periodiska systemet, det mest metalliska naturligt förekommande grundämnet ( vikt på naturligt).

Detta argument är helt giltigt för syntetiska grundämnen, eftersom dessa endast kan erhållas i små mängder och för endast bråkdelar av en sekund, vilket gör varje experimentell utvärdering av deras fysikaliska och kemiska egenskaper nästan omöjlig. Men oavsett hur instabil det är, förekommer francium i naturen, och många av de egenskaper som bestämmer dess metalliska karaktär har uppmätts.

Å andra sidan kan man hävda att francium inte har någon användbarhet som metall eftersom det så småningom kommer att sönderfalla och bilda andra grundämnen. Detta är också ett giltigt argument.

Därför kommer vi från och med nu att betrakta francium som det mest metalliska elementet i det periodiska systemet, medan cesium som det mest metalliska ”stabila” elementet i det periodiska systemet.

Därefter ska vi utforska vad som gör ett grundämne till en metall, och varför dessa grundämnen i det nedre vänstra hörnet av det periodiska systemet är de bästa metallerna vi känner till.

Metallers egenskaper

Metaller är grundämnen som kännetecknas av att ha följande egenskaper:

• De är bra termiska och elektriska ledare.
• De flesta är fasta ämnen med hög smältpunkt.
• De har en metallisk lyster.
• De är formbara, det vill säga de kan förlängas för att bilda långa trådar.
• De är formbara, det vill säga de kan krossas för att bilda tunna ark.
• De har hög densitet.
• De har vanligtvis få elektroner i valensskalet.
• De är de minst elektronegativa elementen i det periodiska systemet, det vill säga de är elektropositiva.
• De har låg joniseringsenergi, vilket gör det mycket lätt att ta bort elektroner från deras valensskal för att bilda katjoner.
• De har en hög elektronaffinitet, vilket gör att det är mycket svårt att omvandla dem till anjoner (nästan omöjligt under normala förhållanden).

Periodisk trend av metalliska egenskaper

Att förstå varför francium är det mest metalliska grundämnet innebär att förstå hur dess fysikaliska och kemiska egenskaper varierar genom det periodiska systemet. Många av dessa egenskaper har ett förutsägbart beteende när man jämför elementen i en grupp eller en period, och i de flesta fall beror detta på den elektroniska konfigurationen av atomerna och den effektiva kärnladdningen.

Periodisk trend och elektronisk konfiguration

Den elektroniska konfigurationen består av det sätt på vilket elektronerna är fördelade i de olika orbitaler som en atom har. På det periodiska systemet har element som ingår i samma period sina valenselektroner på samma energinivå. Det vill säga att de har samma valensskal.

Å andra sidan delar element som är en del av samma grupp vanligtvis samma valensskals elektroniska konfiguration och skiljer sig bara i energinivån för detta valensskal. När vi rör oss från höger till vänster genom en grupp har grundämnena färre och färre valenselektroner, tills alkalimetallerna bara har en.

Periodisk trend av joniseringsenergi

Joniseringsenergi motsvarar den mängd energi som måste investeras för att avlägsna den yttersta elektronen i dess grundtillstånd från en atom i gasformigt tillstånd. Därför mäter den hur lätt det är att ta bort en elektron från en atom.

Denna egenskap beror på hur hårt bundna valenselektronerna är till kärnan, samt på den elektroniska stabiliteten hos katjonen som bildas genom att förlora elektronen. Den förra beror på den effektiva kärnladdningen som valenselektronerna känner, som minskar kraftigt från en period till nästa på grund av ökningen av antalet skärmningselektroner. Under en period ökar den effektiva kärnladdningen när kärnans totala laddning ökar, men det gör inte elektronernas skärmningseffekt (eftersom den är i samma valensskal).

Å andra sidan beror stabiliteten hos katjonen som bildas av förlusten av en elektron på katjonens elektroniska konfiguration. När vi rör oss från höger till vänster på det periodiska systemet, eftersom grundämnen har färre och färre valenselektroner, för förlusten av en elektron dem närmare den elektroniska konfigurationen av en ädelgas.

Som en konsekvens av detta minskar joniseringsenergin nedåt och åt vänster.

När det gäller alkalimetaller som cesium och francium, som bara har en valenselektron, kan dessa element få en elektronisk konfiguration av ädelgas genom att förlora den enstaka elektronen, vilket är anledningen till att de har den lägsta joniseringsenergin i hela det periodiska systemet.

Periodisk trend av elektronegativitet

Delvis på grund av ökningen av effektiv kärnladdning när vi rör oss till höger och uppåt i det periodiska systemet, ökar elektronegativiteten i samma riktning. Detta beror på att elektronegativitet är ett mått på en atoms förmåga att attrahera elektroner i en kemisk bindning.

Följaktligen, när den effektiva kärnladdningen minskar åt vänster och nedåt, så minskar elektronegativiteten i samma riktning, vilket gör cesium och francium till de två minst elektronegativa (eller mest elektropositiva) elementen i det periodiska systemet.

kemisk reaktivitet

Elektronegativitet bestämmer bland annat vilka typer av kemiska bindningar som grundämnen kan bilda när de kombineras med andra. En typisk egenskap hos metaller är deras tendens att reagera med icke-metaller för att bilda salter och oxider. Ju större skillnaden är i elektronegativitet mellan de två reagerande elementen, desto större är tendensen att bilda joniska föreningar. Det är därför francium och cesium är de mest reaktiva elementen av alla metaller, som reagerar våldsamt med vatten för att bilda joniska hydroxider såväl som med andra icke-metaller för att bilda starkt joniska halogenidsalter.

Andra fastigheter som inte följer en tydlig periodisk trend

smältpunkt

Med vissa undantag som kvicksilver och vissa andra metaller har de flesta metalliska grundämnen en hög smältpunkt. Till skillnad från de tidigare egenskaperna är smältpunkten en egenskap som inte visar ett tydligt periodiskt beteende. Detta beror på att förhållandet mellan atomnumret och den elektroniska konfigurationen inte är lika enkelt som i de tidigare fallen.

Generellt sett tenderar smältpunkten att öka nedåt i det periodiska systemet, men beteendet under en period är inte enhetligt. Faktum är att det först tenderar att öka när man går från alkalimetallerna till övergångsmetallerna, och minskar sedan igen när man går till p-blocket i det periodiska systemet.

Det betyder att ur smältpunktssynpunkt är varken francium eller cesium på första plats.

ledningsförmåga

När det gäller termisk och elektrisk ledningsförmåga är varken cesium eller francium verkligen mästarna. Till exempel har cesium en elektrisk ledningsförmåga på 4.88.10 ⁶ S/m, vilket är mindre än en tiondel av ledningsförmågan hos silver, den mest ledande metallen i det periodiska systemet. Något liknande händer när man jämför dessa två element med guld, som är den bästa värmeledaren. Men både cesium och francium är fortfarande utmärkta ledare, så att inte rankas först betyder inte nödvändigtvis att de i allmänhet inte är mer metalliska till sin karaktär än de andra metallerna.

Det finns andra metalliska egenskaper som inte heller har ett väldefinierat periodiskt beteende och för vilka cesium och francium inte är de bästa representanterna. Men på samma sätt finns dessa egenskaper, som inkluderar densitet, formbarhet och duktilitet, i stor utsträckning i dessa två element, så att inte ha den första positionen betyder inte att vi inte betraktar dem som de mest metalliska elementen i periodiska systemet.

Referenser

Bolívar, G. (2021, 14 mars). Metallisk karaktär . livsvarare. https://www.lifeder.com/caracter-metalico-elementos/

Educaplus.org. (nd). Elementegenskaper . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/energia-ionizacion-1.html

Att veta är praktiskt. (2013, 1 maj). Hur den METALLISKA KARAKTEREN ökar i det periodiska systemet . https://www.saberespractico.com/quimica/%C2%BFcomo-saber-que-elemento-quimico-tiene-mayor-caracter-metalico/

AllTheFacts.com. (nd). Vilka är de element som har störst metallkaraktär? Alla fakta. https://todosloshechos.es/cuales-son-los-elementos-con-mayor-caracter-metalico

TP Chemical Laboratory. (nd). Periodiska egenskaper . TP Chemical Laboratory. https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/la-tabla-periodica/propiedades-periodicas.html